Fabrication plus intelligente, pas plus difficile: une étude de cas révolutionnaire pour le boîtier de capteur LiDAR

Comment l'usinage CNC de précision a permis le prototypage rapide d'un boîtier de capteur LiDAR haute performance

Aperçu du projet

À propos du client et du produit

Le client est une startup innovante développant des systèmes de cartographie environnementale avancés pour les véhicules industriels autonomes. Ils avaient besoin d'un partenaire de fabrication pour produire un seul prototype fonctionnel de leur boîtier de capteur LiDAR de nouvelle génération pour les tests sur le terrain et les démonstrations aux investisseurs.

Le boîtier devait accueillir :

• Conception en anneau ouvert à 270° pour l'émission et la réception laser grand angle
• Surfaces de montage de précision pour les composants optiques (tolérance de ±0,025 mm)
• Fonctions de gestion thermique pour la dissipation de la chaleur des composants électroniques internes
• Compatibilité de blindage EMI/RFI pour l'intégrité du signal
• Étanchéité environnementale pour une utilisation industrielle (équivalent IP67)

Sélection de la bonne méthode de fabrication

Pour ce boîtier prototype aux géométries complexes, plusieurs méthodes de fabrication ont été envisagées :

Impression 3D (métal) : Pourrait produire la forme complexe, mais manquait de précision pour les caractéristiques de montage optique et nécessitait un post-traitement important.

Usinage traditionnel : Nécessitait plusieurs configurations, augmentant le risque d'erreur et le délai de livraison.

Tournage/fraisage CNC 5 axes : A permis un usinage complet en une seule configuration, maintenant des tolérances critiques tout en produisant efficacement des caractéristiques rotatives et prismatiques.

Pourquoi l'usinage CNC 5 axes a été sélectionné :

Production en une seule configuration : a réalisé toutes les caractéristiques sans repositionnement, assurant la précision

Qualité de surface supérieure : a obtenu la finition requise pour l'étanchéité environnementale

Propriétés des matériaux : l'aluminium 6061 a fourni des caractéristiques thermiques et mécaniques idéales

Délai d'exécution rapide : la livraison en 8 jours a respecté le calendrier de développement agressif

Principaux défis et solutions dans la fabrication de boîtiers

1. Précision de l'ouverture semi-circulaire

Défi : maintenir le rayon et l'état de surface précis sur la structure en anneau ouvert à 270°

Solution : conception de fixation personnalisée permettant un accès complet pour l'usinage 5 axes en une seule opération

2. Intégration de la gestion thermique

Défi : intégrer des fonctions de dissipation thermique sans compromettre l'intégrité structurelle

Solution :

• Conception d'ailettes optimisée : ailettes de refroidissement usinées avec une épaisseur variable pour une surface maximale
• Interface thermique intégrée : planéité usinée avec précision pour un contact optimal avec les composants internes

3. Section de base multifonctionnelle

Défi : intégrer plusieurs types d'interfaces dans un espace minimal :

• Port de connecteur d'alimentation
• Interfaces de transmission de données (Ethernet, USB-C)
• Points de montage pour le circuit imprimé interne
• Surfaces d'étanchéité environnementale

Solution :

• Outillage personnalisé : micro-outils pour l'usinage de ports complexes
• Opérations séquentielles : séquence d'usinage stratégique pour maintenir la stabilité structurelle pendant la production

4. Compatibilité du traitement de surface

Défi : répondre aux exigences de protection environnementale et de blindage EMI

Solution :

• Anodisation dure : a fourni une résistance à la corrosion et une surface durable
• Masquage sélectif : a protégé les surfaces de montage critiques pendant le traitement
• Préparation d'interface conductrice : compatibilité du traitement de surface avec les futures solutions de blindage EMI

Validation et tests de qualité

Bien qu'il s'agisse d'un seul prototype, le boîtier a subi une validation rigoureuse :

• Vérification dimensionnelle :
• Inspection CMM de toutes les caractéristiques critiques
• Numérisation optique des courbures complexes

Tests fonctionnels :

• Contrôle d'ajustement avec les composants optiques
• Tests de cycles thermiques (-20°C à +65°C)
• Validation préliminaire des tests IP67

Analyse de la qualité de surface :

• Mesures de la rugosité aux surfaces d'étanchéité
• Vérification de l'épaisseur du revêtement

Commentaires des clients et applications futures

Le prototype a dépassé les attentes du client :

• Ajustement parfait du premier coup avec tous les composants internes
• Performances thermiques supérieures lors des tests sur le terrain
• Démonstration réussie aux investisseurs, assurant le prochain cycle de financement

Le client a entamé des discussions pour :

• Conception pour l'optimisation de la fabrication (DFM) pour la version de production
• Production en petite série (50 à 100 unités) pour des tests sur le terrain prolongés
• Variantes de capteurs supplémentaires utilisant une conception de plateforme similaire